[發(fā)明專利]一種基于最小二乘和閾值分割的磁力顯微鏡氣相光路自動調整方法

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• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN109118496A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設計）人: 程利群;王作斌;翁占坤;宋正勛;許紅梅;曲英敏;楊煥洲;孫佰順
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/13;G06T7/136;G06T7/90
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙) 11548
• 代理人: 李靜

本發(fā)明公開了一種基于最小二乘和閾值分割的磁力顯微鏡氣相光路自動調整方法，首先需要在探針架裝設能通過計算機控制進行二維移動的步進電機；然后利用步進電機進行光路自動調整的自動調整，調整過程包括標定階段和實施階段。本發(fā)明通過在原子力顯微鏡系統(tǒng)中加設用于移動探針架的電機，并通過相關計算實現對磁力顯微鏡反射光路的自動調整，具有操作簡便、定位精準的優(yōu)點，避免操作者眼疲勞甚至出現損傷的情況。

技術領域

本發(fā)明涉及信息科學、控制科學和信號處理領域，具體是一種基于最小二乘和閾值分割的磁力顯微鏡氣相光路自動調整方法。

背景技術

磁力顯微鏡(MFM，Magnetic Force Microscope)是原子力顯微鏡(Atomic ForceMicroscope，AFM)生的一系列力顯微鏡之一，1987年發(fā)明以來已廣泛應用于各種磁性材料的研究。近年在磁記錄體系、磁性薄膜磁疇結構、磁鐵學基本現象、磁盤測試和生物分子磁性等方面應用越來越廣。

AFM是依靠原子、分子之間相互作用力對微納尺度物體進行成像的儀器，主要由微米尺度的微懸臂其下方帶有曲率半徑為納米量級的探針、四象限探測器、激光器及壓電陶瓷掃描器組成。MFM與AFM不同的是其探針具有磁性，其工作原理：激光光斑照射到探針上方的微懸臂，光斑經微懸臂反射到四象限探測器中心位置。當磁性探針與磁性樣品相互作用時，使微懸臂產生偏移導致反射到四象限探測器的光斑偏離中心，控制壓電陶瓷掃描器使反射到四象限的光斑保持在中心位置，通過特定的控制算法計算出樣品表面形貌和磁力數據。

MFM激光反射光路目前主要依靠手動調節(jié)，具體實施步驟為：首先調整激光器或探針模組使激光光斑照射在微懸臂后方毫米級的反光片上，然后逐漸調整激光光斑位置使其照射在探針上方的微懸臂上，再調整四象限探測器使光斑反射在其中心位置，調節(jié)過程中可利用帶有顯微鏡的CCD對光斑位置進行輔助觀察。手動調節(jié)方法可操作性差，過程繁瑣，每次更換磁力探針時都需要重新調整光路，易使操作者眼睛疲勞甚至出現損傷的狀況。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于最小二乘和閾值分割的磁力顯微鏡氣相光路自動調整方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種基于最小二乘和閾值分割的磁力顯微鏡氣相光路自動調整方法，首先在探針架裝設能通過計算機控制進行二維移動的步進電機；然后利用步進電機進行光路自動調整的自動調整，調整過程包括標定階段和實施階段，其中標定階段包括以下步驟：

A1、手動調節(jié)激光光路，保證激光光斑和微懸臂在CCD視場內可見；

A2、調整帶有CCD的顯微鏡到合適放大倍率，保證在成像過程中能夠觀察到被測樣品；

A3、識別激光光斑在CCD圖像的位置坐標

A3-1、移動探針架電機至微懸臂后的反光片全部進入CCD視場，保存圖像為I1；

A3-2、運用圖像差分法I2－I1得出差分圖像，用連通域算法對差分圖像進行標記得出光斑輪廓，根據輪廓坐標利用重心法在圖像I2計算光斑質心，公式如下：

其中x_c、y_c代表x和y方向質心，I(x,y)代表圖像(x,y)點灰度值；

A4、利用自適應閾值分割算法識別微懸臂

A4-1、對CCD圖像進行灰度變換，公式如下：

I(x,y)＝0.3×I_R(x,y)+0.59×I_G(x,y)+0.11×I_B(x,y)